車輌用骨格部品

【課題】内部にバルクヘッドなどの補強部品を挿入することなく、閉断面構造部品の曲げ・ねじり剛性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、前記課題を解決するために、金属板に１または２以上の突起部を付与した後に、前記金属板を、前記突起部を内面側にして略円形または多角形断面の筒状に成形し、金属板の板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した閉断面構造部材とし、該部材内部で突起部同士および／又は突起部と壁部とが接触する構造としたものである。また、突起部と突起部の接触部位および／又は突起部と壁部との接触部位を接合するようにしたものであり、その手段として、溶接、かしめ、リベットまたはボルト締めなどを用いたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輌用骨格部品、特に閉断面構造を有する自動車用の車体フレームなどに用いられる車輌用骨格部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
閉断面構造を有する車輌用骨格部品には、金属板を略ハット形状にプレス成形し、ハット形状部材同士を反対向きに突き合わせてフランジ部をスポット溶接などにより接合した閉断面構造や、素材として金属管を用いて回転引き曲げやハイドロフォーミングなどにより目標形状に成形した閉断面部品や、金属板をロール成形などにより略円形や多角形断面の筒状に成形し、板の端部同士を溶接などにより接合することで閉断面構造とした部品などが用いられている。
【０００３】
しかし、閉断面構造は、構造部材が長手方向に長尺になると、閉断面内部が空洞であるため、例え高強度の素材を用いたとしても部品の曲げ剛性やねじれ剛性は著しく低下するという問題がある。この対策として、剛性低下を補うための補強部品としてバルクヘッドと呼ばれる部品を閉断面構造内に設置するのが一般的であり（図1）、バルクヘッドは閉断面構造部材の長手方向に略垂直に隔壁を構成するように、閉断面内部に挿入されるものである。
【０００４】
本部品はハット部材どうしを溶接する閉断面構造部材では、ハット部材どうしを溶接する際にその内部に設置して溶接すればよく、比較的簡便な剛性向上手法として広く用いられている。
【０００５】
金属管を用いて回転引き曲げやハイドロフォーミングなどにより成形した閉断面部品や、金属板をロール成形などにより略円形や多角形断面の筒状に成形し、板の端部どうしを溶接などにより接合することで閉断面構造とした部品などで、加工後にその内部にバルクヘッドを挿入する技術は過去に見られない。
【０００６】
特許文献１には、閉断面内に突起形状を付与した部品を挿入し、部品の剛性を向上させる手法が開示されているが、本手法は突起状の補強部品を内部に挿入した後に、蓋をして接合し閉断面部材を製造するものであり、上記のように予め閉断面が構成された部材には適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２６００９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
金属管を素材として用いるハイドロフォームにより成形された構造部品や金属板をロール成形などにより筒状に成形する構造部品では、成形後ではバルクヘッドを挿入し接合することができないという問題がある。そのため、剛性向上手法としてバルクヘッドを採用することができず、長尺部品の曲げ・ねじり剛性の向上手法の開発が望まれている。
【０００９】
本発明は、車輌用フレームなどに用いられる骨格部品に好適な車輌用骨格部品であって、金属板をプレス加工やロール成形などにより略円形または多角形断面の筒状に成形して、板端部同士を溶接やかしめなどにより接合する閉断面構造部品に対し、内部にバルクヘッドなどの補強部品を挿入することなく、閉断面構造部品の曲げ・ねじり剛性を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するために、金属板に１または２以上の突起部を付与した後に、前記金属板を、前記突起部を内面側にして略円形または多角形断面の筒状に成形し、金属板の板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した閉断面構造部材とし、該部材内部で突起部同士および／又は突起部と壁部とが接触する構造としたものである。また、突起部と突起部の接触部位および／又は突起部と壁部との接触部位を接合するようにしたものであり、その手段として、溶接、かしめ、リベットまたはボルト締めなどを用いたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来バルクヘッドなどの補強部品の挿入ができずに、部材の曲げ・ねじり剛性を向上させることが困難であった金属板を筒状に成形し板端部同士を接合した車輌骨格用の閉断面構造部品に対し、部材の板厚などを厚くし重量を増加させることなどなく、効率的に曲げ・ねじり剛性を向上させることができるようになる。
【００１２】
また本発明によれば、補強用の部品を取り付けることなく剛性を向上させることができるため、車体を軽量化することができ、自動車用骨格部品に適用した場合には燃費改善効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】閉断面構造部材にバルクヘッドを適用する方法を説明する図である。
【図２】ロール成形やプレス成形で作成された閉断面構造部材を示す図である。
【図３】突起部を付与した金属板を示す図である。
【図４】曲げ加工位置を示す図である。
【図５】６角断面を有する閉断面構造部材を示す図である。
【図６】ねじり剛性評価方法を説明する図である。
【図７】曲げ剛性評価方法を説明する図である。
【図８】実施例で作成した部材の断面寸法を説明する図である。
【図９】本発明による剛性向上効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般に、ハット曲げ部材どうしを突き合わせてフランジ部を溶接し閉断面構造を構成する骨格部品の場合、図1に示すように片側のハット部材２側にバルクヘッド1を挿入し、バルクヘッド1のフランジ部とハット部材２の壁部を溶接した後、もう一方のハット部材３で蓋をするように閉じて、ハット部材２、３のフランジ部を溶接することで組み立てることが可能である。
【００１５】
これに対し図２に示すような、金属板よりロール成形やプレス成形などにより筒状に加工され、板端部を溶接などにより接合１０された閉断面構造部材４の場合には、組み立て後にバルクヘッドを挿入することができない。このような場合には図３に示すように、金属板５に予めプレス成形などにより突起部６を付与する本発明方法が有効である。突起部６を付与された金属板は図４に示すように、点線部を谷折りするように加工し、突起部６が筒状の閉断面構造内部に設置されるように加工する。
【００１６】
本事例においては二つの突起部６が閉断面加工後に互いに接するように予め突起部６を付与する位置や突起部の高さが決められており、加工後には図５に示すように突起部６同士が互いに接触することになる。図２に示す閉断面内にバルクヘッドを持たない構造の場合、曲げ変形やねじり変形を受けた際に、断面形状が扁平になりやすいので、その剛性は小さい。
【００１７】
これに対し、本発明による図５に示す閉断面構造部材７の場合、突起部どうしが互いに接触することで、曲げ変形による断面形状の扁平やせん断変形による断面形状の傾斜などを抑制する効果があり、結果的に部品の曲げ剛性やねじり剛性が大きく向上する。
【００１８】
さらには、突起部どうしを接合することで、付き合わせた突起部の位置がずれることが無くなり（相対的な位置が固定されることになり）、閉断面部材の断面形状は変形しにくくなり、剛性向上効果は更に大きくなる。
【００１９】
ここでは断面形状が６角形の閉断面構造部材を例に発明を説明したが、本発明の効果はその断面形状によらず、断面の形状は略円形状でもよいし、他の多角形形状でもよい。また突起形状の加工方法は金型を用いた一般のプレス加工でもよいし、液圧成形や逐次成形などでもよく、発明の効果はその成形手法にはよらない。突起部の数も２つでなくてもよく、１つの場合には突起部と対面する閉断面構造部材の側壁とが接するように突起部の寸法を決めてやればよい。また突起部が３つ以上あっても突起部が互いに接触するように設置してやれば、同じように剛性向上効果を得ることができる。
【実施例１】
【００２０】
図８に示すようなハット部材を重ね合わせた閉断面構造と、プレス成形による曲げ加工により６角形断面の閉断面構造を製作した。効果を比較するため、断面長はほぼ同じ長さに合わせた。閉断面構造部品の長手方向の長さはそれぞれ８００ｍｍとした。素材には、板厚１．４ｍｍ，引張強度５９０ＭＰａ級の冷延鋼板を用いた。ハット部材のフランジ部はスポット溶接により接合し、６角形断面の構造部材は板端部同士をレーザ溶接により接合した。
【００２１】
部品のねじり剛性については、図６に示すように部材の片側端部を完全に固定し、反対側の端部にねじりモーメントを加え、部品のねじれ角を測定しねじり剛性を測定した。また部品の曲げ剛性については、図７に示すように部材の片側端部を完全に固定し、反対側の端部に荷重を付与し（片持ち梁式）荷重負荷位置の変位量を測定し曲げ剛性を測定した。
【００２２】
図９に曲げ剛性およびねじり剛性の測定結果を示す。それぞれ
○比較例１：ハット部材同士を重ね合わせ接合した閉断面構造部材
○比較例２：ハット部材同士を重ね合わせ接合した閉断面構造部材内部にバルクヘッドを設置
○比較例３：６角形断面の閉断面構造部材
○本発明例１：６角形断面の閉断面構造部材に本発明による突起形状を２個付与したもの（図６）
○本発明例２：６角形断面の閉断面構造部材に本発明による突起形状を付与し，突起部同士をスポット溶接により接合したもの
を示している。比較例１の剛性値を１００％として効果を比較した。
【００２３】
比較例２のように通常のハット部材どうしを接合した閉断面構造部材内にバルクヘッドを挿入することで曲げ剛性、ねじり剛性が向上するが、同じように６角形断面形状を有する閉断面構造部材に本発明例１を適用することで曲げ剛性およびねじり剛性が向上することがわかる。さらに本発明例２として示したように、本発明例１を適用した部材の突起部同士をスポット溶接により接合することで、さらなる剛性向上効果が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００２４】
１：バルクヘッド
２：ハット部材（バルクヘッド挿入側）
３：ハット部材（蓋側）
４：６角形断面形状を有する閉断面構造部材
５：突起部を付与された金属板
６：突起部
７：本発明を適用した６角形断面形状を有する閉断面構造部材
１０：溶接位置

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板に１または２以上の突起部を付与した後に、前記金属板を、前記突起部を内面側にして略円形または多角形断面の筒状に成形し、金属板の板端面または板端面に設けたフランジ部同士を接合した閉断面構造部材とし、該部材内部で突起部同士および／又は突起部と壁部とが接触するようにしたことを特徴とする車輌用骨格部品。
【請求項２】
突起部同士の接触部位および／又は突起部と壁部との接触部位が接合されていることを特徴とする請求項１記載の車輌用骨格部品。
【請求項３】
前記接触部位が溶接法、かしめ法、リベット法またはボルト締め法のいずれか１種以上の手段を用いて接合されていることを特徴とする請求項２記載の車輌用骨格部品。

【図１】